Восстановление деталей из металлов, которым противопоказан разогрев до высокой температуры, проводится методом вибродуговой наплавки. Это эффективный способ ремонта конических и плоских поверхностей. Сущность технологии заключается в постоянной смене стадий горения и короткого замыкания за счет вибрации проволоки. Металл не успевает прогреваться на большую глубину, зона термического влияния минимальная, не возникает внутренних напряжений.
Вибродуговая наплавка применяется для восстановления деталей диаметром от 15 до 40 мм из разных видов стали:
- низколегируемых цементируемых с содержанием углерода от 0,1 до 0,25%;
- среднеуглеродистых легированных и инзколегированных, содержащих от 0,25 до 0,6% углерода.
Технология разработана для ремонта изношенных валов, ступиц, корпусов, наплавки конических и плоских поверхностей.
Определение и принцип действия
Вибродуговая наплавка, по сути, это разновидность автоматической сварки, только электрод вибрирует с частотой от 50 до 100 колебаний в минуту. Восстанавливаемую деталь фиксируют в патроне-держателе или на токарном станке так, чтобы можно было подвести электроток. Второй контакт выводится на неплавящийся электрод. Наплавочная проволока подается по направляющим, проходит через мундштук. При подключении питания наплавка под действием магнита начинает вибрировать, прилипает к поверхности и отрывается с определенной частотой. Чтобы металл не прогревался под действием дуги, в рабочую зону подается охлаждающая жидкость. Компонентный состав водной эмульсии регламентирован, возможно два варианта:
- 3-х или 4% раствор кальцинированной соды;
- добавляют глицерин в пропорции 15 или 20% от объема.
Технология применяется для деталей сложной конфигурации, прошедших термическую обработку. На закаленных поверхностях после глубокого прогрева возникает коробление, а вибродуговая наплавка не влияет на прочностные характеристики.
Основные достоинства вибродуговой наплавки:
- вибросваркой создают небольшой слой, толщину которого можно регулировать в диапазоне от 500 мк до 3 мм;
- детали подвергаются несущественной деформации под действием температуры;
- зона термовлияния малоглубинная, нет необходимости проводить обследование методами неразрушающего контроля;
- вибрационная сварка не изменяет твердость восстанавливаемой поверхности;
- за счет подачи жидкости происходит закалка наплавляемого слоя;
- метод применим для малоизношенных поверхностей, которые нельзя наплавить обычной сваркой, устраняется люфт механизма.
Вибрация обеспечивает устойчивость процесса наплавки. Для улучшения показателей износостойкости наплавленного слоя предусмотрены легирующие флюсы. Для обеспечения защитного облака предусмотрена автоматическая подача углекислого или инертного газа.
Технология разработана для ремонта изношенных валов, ступиц, корпусов, наплавки конических и плоских поверхностей. Применяется, когда противопоказан разогрев металла до высокой температуры.
Технология процесса вибродуговой наплавки
Перед процессом наплавления деталь необходимо подготовить. Обрабатываемую поверхность зачищают до металлического блеска. Для снятия оксидного слоя применяют наждачную бумагу. Зачистку производят после закрепления детали, при тех же частотах вращения, что и при наплавке. Допустимое биение люфта – 500 микрон. Когда искривление большое, поверхность предварительно выправляют. На резьбовых отверстиях полностью удаляют борозды резьбы. Невосстанавливаемые шпоночные пазы и отверстия заделываются медными или графитовыми вставками.
Подготовка деталей включает процессы обезжиривания, промывки сушки. Поверхность, которую не нужно восстанавливать, от температурного воздействия защищают асбестовыми листами.
Основные особенности вибродуговой наплавки деталей от других сварочных процессов:
- в автомате установлен вибратор, создающий магнитное поле с частотой от 50 до 100 Гц в зоне подачи наплавочной проволоки;
- цикличность розжига и затухания дуги за счет чередования электрических разрядов и коротких замыканий;
- наличие блока индукции, обеспечивающего накопление электрической энергии на нуле;
- низкое напряжение электропитания.
Легкий розжиг электродуги гарантирует сдвиг фаз тока и напряжения. При переходе через нулевую отметку фазы возникает самоиндукция, совпадающая по направлению с вектором напряжения. После разрыва цепи сразу возникает дуговой разряд, стабилизирующий горение дуги. Мелкокапельный перенос наплавочного металла происходит в момент короткого замыкания, длительность существования дуги – 20% цикла, металл не проваривается на большую глубину.
Нюансы технологического процесса:
- оптимальное напряжение источника питания до 20 В;
- требуется постоянный электрический ток;
- контакты подключаются по обратной полярности: плюс подключают к электроду, минус выводят на наплавляемую деталь (анодное пятно – точка максимального разогрева дуги смещается к кончику электрода, металл меньше подвергается разогреву);
- количество охлаждающей эмульсии регулируется, кран устанавливают на наплавочной головке аппарата вибродуговой наплавки;
- струя направляется в область за столбом дуги, при попадании воды в дугу процесс восстановления нарушается;
- соотношением скоростей вращения детали и подачи наплавочной проволоки регулируют толщину наплавляемого слоя (если подача наплавки опережает вращение, слой будет максимальным, при увеличении окружной скорости вибродуговой валик растягивается, становится уже, тоньше);
- в аппарат заправляют проволоку толщиной от 1,5 до 2,5 мм;
- равномерность издаваемого звука – залог образования слоя одинаковой толщины;
- стабильность процесса контролируют с помощью амперметра – стрелка не должна сильно дергаться, когда резко отклоняется, шовный валик образуется прерывистым.
Пористость восстановленного слоя существенно зависит от чистоты поверхности и подаваемой охлаждаемой жидкости. От грязи появляются раковины. На рыхлость слоя влияет химический состав используемой проволоки, нужно выбирать состав, близкий к марке стали. Необходимо учитывать, что при слишком большой окружной скорости образуются несплошности.
Оборудование и материалы
В состав установки для вибродуговой наплавки металла на реставрируемые детали входит несколько устройств:
- переоборудованный токарный станок, обеспечивающий необходимую скорость вращения зафиксированной в зажимах детали;
- наплавочная вибродуговая головка, в этом качестве используют автоматические аппараты для дуговой сварки, источник электропитания.
В вибродуговых автоматах меняют конструкцию мундштука, вместо подачи флюса монтируют подачу защитного газа. Модифицируют головки ОКС-1252 и ОКС-6569.
Проволоки, применяемые для вибродуговой технологии:
- для чугуна – Св-15;
- для среднеуглеродистой стали – Св-18ХГСА, Св-08А, Нп-30ХГСА, Нп-50;
- для обычной стали – 65Г.
В качестве запчастей необходимы направляющие трубки, мундштуки, направляющие ролики.
Вибродуговой наплавкой получают слой любой твердости, восстанавливать можно металл с различными техническими характеристиками, включая чугун, различные виды сталей.
